逐層銑削成像法物體三維模型重建.pdf

1、機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展，提高了對(duì)產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求，其中反向工程技術(shù)，不僅可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制、調(diào)研的周期，還能節(jié)省生產(chǎn)成本。對(duì)具有自由曲面或復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的零件或模具進(jìn)行質(zhì)量檢查和數(shù)據(jù)測(cè)量是反向工程領(lǐng)域的常見(jiàn)問(wèn)題，而逐層銑削成像法是解決上述問(wèn)題的主要方法，然而，由于逐層銑削成像裝置的價(jià)格昂貴、體積龐大，其應(yīng)用范圍受到了極大限制。因此，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便快捷的數(shù)據(jù)采集裝置，并實(shí)現(xiàn)較高精度的三維模型重建既是反向工程一項(xiàng)難點(diǎn)，也是本文

2、的研究目的。本文首先將成像設(shè)備固定在普通HAAS機(jī)床上，通過(guò)機(jī)床與圖像采集設(shè)備的協(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)方便、準(zhǔn)確、快速的斷層圖像采集；然后對(duì)圖像進(jìn)行去噪、邊緣檢測(cè)、相機(jī)標(biāo)定及三維重建處理，最終得到被測(cè)物體的CAD三維模型?；谝陨纤悸?，本文的具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)及方案的設(shè)計(jì)
　　首先對(duì)被測(cè)件進(jìn)行預(yù)處理工作，包括鋁合金被測(cè)件的設(shè)計(jì)加工、尺寸及精度的測(cè)量，雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)被測(cè)件的填充包裹；然后設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案并搭

3、建試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)被測(cè)件進(jìn)行銑削及圖像采集工作。試驗(yàn)共采集270層2700張的斷層圖像，供后續(xù)研究使用。
　　(2)圖像處理方法及相機(jī)標(biāo)定方法的研究
　　首先針對(duì)采集所得斷層圖像的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了圖像處理方法中的邊緣檢測(cè)方法、輪廓跟蹤算法及相機(jī)標(biāo)定方法。然后，通過(guò)比較利用不同方法獲取的斷層圖像邊緣定位精度，選擇LOG邊緣檢測(cè)方法與MATLAB相機(jī)標(biāo)定工具箱對(duì)斷層圖像進(jìn)行處理。由于相機(jī)標(biāo)定的精度直接影響模型重建精度，本文針對(duì)MATL

4、AB標(biāo)定工具箱，從理論、仿真、試驗(yàn)三個(gè)方面研究相機(jī)標(biāo)定精度的影響因素，并確定適合本文成像設(shè)備的最佳標(biāo)定圖像數(shù)量及棋盤(pán)標(biāo)定板規(guī)格。最后為進(jìn)一步提高斷層圖像的邊緣檢測(cè)的精度，研究了基于空間矩的亞像素定位算法，使得邊緣檢測(cè)精度提高了近40％。
　　(3)模型三維重建及精度評(píng)價(jià)
　　根據(jù)被測(cè)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)特點(diǎn)，選擇基于輪廓線的重建方法對(duì)三維模型進(jìn)行重建。首先使用IMAGEWARE軟件逐層擬合被測(cè)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用UG軟件的宏功能對(duì)